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1、新型高性能耐热镁合金技术研发可行性研究报告1 总论1 申请项目概述随着我国“*”计划和“2025远景规划”的实施，新型高、精、尖国防武器不断投入预研和实现批量生产，轻量化、集成化、高可靠性成为提高国防装备整体性能的关键。如航天设计部门提出，某型号导弹的战斗部舱段、仪器舱舱段、拦截器舱段、固定尾舱等，如能采用高性能耐热镁合金替代目前所使用的ZL201A、ZL114A、ZL205A等铝合金材料，则能够有效减轻装备重量，为高性能导弹提供灵活的设计空间，其直接影响到产品的系统级水平。又如我国航空设计部门提出采用高性能耐热镁合金制造直升机发动机动力系统结构件如齿轮箱、缸体、缸盖等，以提高发动机效率。此外
2、，装甲车、坦克等武器装备也存在类似需求。在国内民用工业领域如汽车、电子、医疗器械等行业，对镁合金的类似需求不胜枚举。正在发展的压铸镁合金和半固态镁合金仅能满足汽车领域的非重要部件需求，而一些汽车厂家如东风汽车公司和一汽大众公司则已把目光瞄准汽车中重要结构件如镁合金齿轮箱体和镁合金轮毂等，希望能够用高性能镁合金来替代铝合金，以减少汽车自身重量，大幅减少油耗和排放量，但目前可适用镁合金的匮乏成为桎梏。 和发达国家相比，国内现有铸造镁合金材料的品类较少，各项性能与国外同类合金相比有较大差距。如我国工业领域使用广泛的ZM5合金，与国外同类镁合金AZ91E相比，抗腐蚀性能明显较低。又如，我国现有的在20
3、0250下耐热性能良好的ZM3、ZM4及ZM6合金，其中，ZM3和ZM4室温强度明显偏低而限制了其应用。目前，ZM6合金是我国应用最为良好的兼具优良室温和高温力学性能的高强耐热铸造镁合金，在航空航天部门具有重要应用。但由于ZM6合金的使用环境温度仅限于250以下，各项性能尚不能全面满足设计部门的更高要求，所以对于更高性能耐热镁合金（如对于铸造镁合金的要求：室温力学性能：b300MPa, 0.2210MPa，3%；高温力学性能：，）的需求愈来愈紧迫。总体来看，我国现有镁合金系列中最为急需的是在250350环境温度下使用的高性能耐热镁合金，由于该类镁合金的缺少，使得我国在设计制造先进飞行器等工业产
4、品中的重要耐热镁合金构件时，直接面临着无合金可选用的窘境。而美欧的WE43、WE54、QE22和俄罗斯的9、14等可在250350环境温度下良好应用的高强耐热镁合金则早已投入使用，而且性能更好的新型耐热镁合金如Electron21正不断涌现。因此，加强我国在高性能耐热镁合金材料领域的应用基础研究和创新是非常必要的。 我国是镁资源大国，但由于原镁生产工艺落后，镁合金开发水平低下，镁制品技术含量低，原镁出口价位低、经济效益差，这极大地影响了我国镁工业的健康发展。因此，要彻底改变目前我国镁工业面临的不利局面，就必须充分提高我国原镁的深加工水平，提高我国镁制品的科技含量，加强科技创新，鼓励原始创新和集
5、成创新，开发出系列具有国际先进水平的新型高性能镁合金和先进的镁合金制备和成型新技术，为国民经济发展注入强劲的科技创新动力。本项目正是在此背景下，针对“2017年*省重大科技创新专项”中新材料领域的相关要求提出的。本项目开发的系列中温范围应用高性能耐热镁合金具有较高的强度（与铸造铝合金相当）和在150250环境下优良的热稳定性，可以取代现有铝合金如ZL105、ZL101A等合金作为航空汽车电子行业中重要结构件如电子部件机箱和平台框架的首选材料，具有结构重量轻、电磁屏蔽性能好、滞振性能优良等显著优点。 同时，本项目开发的高温范围（250350）应用的高性能耐热镁合金可以取代现有铝合金材料如ZL20
6、1A、ZL205A、ZL114A等作为飞机发动机、汽车发动机的齿轮箱构件的首选材料，也可以作为航天导弹舱体和舱段材料，实现高性能耐热镁合金在上述领域的突破。事实上，在铝合金和镁合金材料的竞争中，生产2mm左右的薄璧铸件的能力将是展现两种材料竞争力的一个重要指标和参数。由于目前铝合金已经能够铸造出如此薄壁的铸件，所以今后轻合金技术开发的重点应该放在镁合金铸造技术上。镁合金反重力精密铸造技术为实现此目标提供了一种解决方案，这正是本项目的重点所在。该项目的工作成果，会将镁合金的优势应用前景完全展现出来。变形镁合金型材制造技术的突破，会使我省镁合金制造水平在全国处于领先地位，与世界接轨。其潜在的市场主
7、要为汽车、电子、航空航天、军工装备等国家重点领域，其潜在的市场效益将会达到数亿乃至数十亿人民币，因此该项目的研制成功对于有效提升我省镁合金材料的变形深加工制造水平意义重大。本项目的实施，同时会极大地激活镁合金在军工、汽车、电子、船舶等重要工业部门潜在的巨大应用市场，其效益和作用会在短短的23年内很快展现出来。同时，通过该系列产品和关键成型技术的开发，为我国今后开发更高效能的镁合金材料提供了研发平台。我国是镁资源大国和稀土资源大国，但不是强国，而镁的重稀土合金化将是提高我国这两种资源利用水平的重要途径，为提升我国镁及镁合金制造水平提供直接的技术支撑。 就眼下而言，以及其它需求用户，产品采用高性能
8、耐热镁合金薄壁复杂构件或者高性能耐热镁合金型材，可以提升其产品竞争力，使其在国内同类市场占有技术领先地位，这无论是对承制方还是项目提出单位和项目协作单位，都会产生良好的以技术促进市场的效果，为地方经济的发展添砖加瓦。 本项目目前已进入工程化应用的前期。课题组最新科研成果为依托、在大力扶持下组建的一个集产、学、研于一体的从事轻合金材料技术开发的高新技术企业。公司设备一流、市场意识强、科研开发实力雄厚，生产工艺先进，员工素质高。公司在成立之初就得到了航空、航天、军工等强力工业部门许多厂、所（）的广泛关注，并开始在许多科研项目和轻合金材料成型加工方面与公司开展密切合作。因此，公司完全有能力、有条件实
9、现本项目提出的目标和任务。 2 计划目标总体目标：本项目计划在2018.012025.12的三年内完成。本项目的总体目标是以现有的中稀土和重稀土元素对镁及其合金的强化机理研究成果作为高性能耐热镁合金设计的科学基础，开发出一个全新的镁合金系列，其中包括适于中温范围（150250）应用的高性能耐热镁合金系列和适于高温范围（250350）应用的高性能耐热镁合金系列产品，弥补我国在此领域的不足。结合金反重力成型技术和复杂薄壁结构件快速成型精密铸造技术等科研成果，开发反重力条件下高质量稀土镁合金铸件的精密铸造技术。并以新型高性能耐热变形镁合金设计和挤压塑性成型工艺为突破口，立足自主创新，在国内首批实现高
10、性能耐热镁合金型材的小批量生产和供应。实现高性能耐热镁合金构件和变形镁合金型材的工程化生产，替代目前上述领域协作单位所用的铝合金构件，完成产品的功能替代，实现镁合金产品的工程化应用。项目完成时会形成年产系列高性能耐热镁合金预制锭50吨、年产镁合金铸件和镁合金型材30吨的生产能力。届时资产规模为650万元，公司人员可增至25人左右，其中新增就业岗位10余人。工程化后每年产值达1261.5万元。预计每年铸件定制的增量会稳定在10%以上。可以完成年上交税274万元，净利润606万元。项目投资回收期为3年另8个月。经济目标： 财务指标截止2025年06月累计可完成额销售量160吨100吨镁合金预制锭6
11、0吨镁合金结构件销售收入2523万元实现工业增加值2523万元缴税总额274万元净利润606万元技术、质量指标：本项目中系列高性能耐热铸造镁合金的技术指标要求如下：(1) 高温范围应用的高性能耐热镁合金性能指标： 室温力学指标：b280MPa, 0.2220MPa，3%。高温性能指标：，。疲劳性能：。 抗蚀性能：材料经氧化处理，中性盐雾试验超过300小时，复合涂层处理耐盐雾达到1000小时，耐蚀性能优于ZM5、ZM6。具有优异的尺寸稳定性和切削加工性能。(2) 中温范围应用的高性能耐热镁合金性能指标：室温力学指标：b300MPa, 0.2180MPa，4%。高温性能指标：，。疲劳性能：。 抗蚀
12、性能：材料经氧化处理，中性盐雾试验超过300小时，复合涂层处理耐盐雾达到1000小时，耐蚀性能优于ZM5、ZM6。具有优异的尺寸稳定性和切削加工性能。(3) 本项目镁合金构件的关键技术要求：零件质量和验收要求标准：HB963。零件铸造尺寸精度等级：CT7级。零件重要受力部位X光检查，并作渗透检查。零件最小壁厚为2mm, 除局部配合面和重要面加工外，其余部分表面一般为不加工面，表面粗糙度Ra3.2Ra6.4。（4）镁合金挤压型材性能指标：室温力学指标：b400MPa, 0.2350MPa，6%。阶段目标：项目进度计划表时 间项目执行期内任务资金落实情况2017年12月前项目启动，设备购置和调试，
13、厂方准备。完成500m2镁合金生产厂房布局和启动，镁合金反重力实验设备的安装、调试，完成快速成型设备的安装，以及相应的熔化炉、精密铸造和热处理设备的安装、调试，为执行本项目的计划打下基础。 已投入设备资金150万元，设备投资和厂房布局已完成 2018.012018.12实现新型铸造镁合金材料的设计和制备，实现预期性能指标；完成反重力快速成型精铸主要生产和检测设备的购置、安装和调试；开发薄璧复杂镁合金构件的反重力快速成型精铸生产技术；典型样件的技术要求符合图纸要求；实现销售收入300万元。合计250万元。其中：自筹130万元，创新项目专项资金120万元。2019.012025.10实现新型变形镁
14、合金材料的设计和制备，实现预期性能指标；形成完整的生产技术文件和ISO9000质量管理体系认证；完成反重力快速成型精铸小批量生产条件的建设，实现小批量生产，销售收入600万元；建成稳定的原材料供应体系；拓展承接制品的渠道；实现企业的人员扩编目标。合计230万元。其中：自筹130万元；创新项目专项资金100万元。2025.112025.12 完成新型变形镁合金挤压生产线的安装调试，生产出合格镁合金型材产品；各条生产线正常投入运营，到2025年底，实现销售收入1623万元。完成项目的总结验收。合计20万元。其中：自筹20万元，二、 申请单位情况1. 基本情况项目主管单位： 项目承担单位： 2. 人
15、员及开发能力2.1企业法人：中层以上管理人员结构表管理人员占公司人员的比例博士硕士本科大专平均年龄18.3%010038公司现有员工12人，66.7%具有大专以上学历。 2.4 技术创新能力：公司现有相关技术储备包括3项省部级科技成果奖的研究成果，包含反重力铸造技术、薄璧复杂铸件生产技术、复杂航空铸件精确成型等技术成果。同时包含5项已授权专利。 公司主要技术依托单位、国家自然科学基金重点项目、航空支撑技术预言项目等20余项以及10余项企业合作横向课题的研究生产任务。实验室开展了镁合金设计和有色合金凝固组织控制研究，大型复杂薄壁铝合金构件精铸技术研究，并在铝合金和镁合金反重力技术及设备研发方面做出了创造性的工作。目前除申请者外，参加本项目研究的还有教授2名、博士生3名、工程技术以及试验人员和硕士研究生若干，项目完成年限内，上述人员可同时参加研发工作，研发力量十分集中。3. 上年度单位财务状况 2017年年末：总资产：250万元其中：固定资产：150万元 流动资金：100万元公司于
